家族性高胆固醇血症及其病理、诊断和治疗研究进展

王丽娟 卜庆梅

(1鲁东大学生命科学学院 烟台 264025； 2首都师范大学生命科学学院 北京 100048)

1939 年，挪威医生Carl Müller 发现了一种遗传病──家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolemia，FH)，它会引起致命的脑血栓和心脏病。该病患者血液中胆固醇的浓度比正常人高出数倍，儿童时期就可能患上心脏疾病。FH是一种生来就有的代谢障碍性疾病，从基因角度看是一种单基因决定的常染色体显性遗传病。上个世纪六十年代中期到七十年代早期，科学家发现此症临床上存在杂合型和纯合型两种形式。杂合型比较常见，约占500分之一，出生时血浆中的低密度脂蛋白数量是正常人的两倍，并且不同程度地患冠心病，皮肤常伴发肌腱黄色瘤；纯合型约占百万分之一，出生时血浆中低密度脂蛋白浓度是正常人的6～10倍，往往在幼年时期便患上心脏疾患，并表现为皮肤平坦黄色瘤症状，甚至在30岁之前就可能面临心肌梗塞而死亡的风险[1]。 根植于纯合型FH的罕见类型，本病作为科学实验模型吸引了科学工作者的关注。布朗(Brown)和格尔德斯坦(Goldstein)即是其中两位开展FH研究的知名科学家，并因在胆固醇代谢机制研究中的卓越贡献而共同获得1985年诺贝尔生理学或医学奖。本文综述家族性高胆固醇血症的发病机理、诊断和治疗研究进展。

1 家族性高胆固醇血症的病理

研究发现，胆固醇具有调整膜的流动性、维持细胞与外环境间的屏障和作为类固醇类激素和胆酸的原材料等重要功能，而高水平的血液胆固醇含量会加速动脉粥样硬化，从而引发心脏病和中风等。胆固醇作用的这种正负两重性，吸引了生理学家对胆固醇代谢之谜的高度关注。研究揭示，人血浆中的胆固醇有外源性和内源性两种。1964年Bloch发现，3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase，HMGR)是体内胆固醇生物合成中的限速酶[2]。胆固醇不溶于水，必须由脂蛋白进行运输。其中低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)是运载胆固醇的主要脂蛋白。

布朗等首先提出了家族性高胆固醇血症成因的反馈调控缺失假设，即由于反馈调控缺失而致终末产物未能抑制胆固醇合成，并希望通过对这种假设的验证，阐明家族性高胆固醇血症的基本调控机制。研究中，布朗等分离纯化了HMGR，并选择人的皮肤成纤维细胞作为实验材料进行体外微测定。实验结果表明，HMGR活性表现为负调控：无脂蛋白时，酶活性升高；而添加脂蛋白，酶活性则会受到抑制，且抑制酶活性的脂蛋白属于LDL[3]。

在此基础上，他们进一步假设可能是HMGR的调控发生异常导致了家族性高胆固醇血症。布朗等运用同样的体外实验系统，对比了FH患者和正常人成纤维细胞的HMGR活性，发现纯合型FH患者HMGR的活性是正常人的40～60倍，并且不存在反馈调控。酶学分析显示，正是HMGR反馈调控的缺失引起了胆固醇合成调控的缺陷[4]。 接着，布朗等进一步通过实验排除了酶自身结构基因突变的异常和患者血浆低密度脂蛋白的影响等因素，并发现胞外LDL对纯合型高胆固醇血症患者调控活性的丧失是造成胆固醇合成异常活跃的原因。由于脂蛋白中只有LDL对反馈调控起作用，这种特异性和低浓度的LDL的高效调控使研究者进一步推测，很可能存在一种影响酶调控的高亲和力受体机制。

为了验证这种推测的正确性，布朗等采用碘标记、配体-受体结合实验、薄层层析法和顺序浮选法开展研究，并用酶促反应测定酶活性。实验表明，正常人的成纤维细胞与LDL进行特异的、高亲和力的结合，HMGR活性的抑制程度与LDL的浓度成比例关系，而纯合型FH患者细胞与LDL无特异性结合，即细胞缺乏高亲和力的受体。由于这种特异性和高亲和力的结合是HMGR反馈调控所必要的，所以FH是因为缺失脂蛋白与细胞的结合，从而导致酶活性的调控受损和胆固醇的过量累积所致[5]。

运用电子显微技术等进行的比较研究发现，低密度脂蛋白特异性地结合在正常人的成纤维细胞膜表面的特异位点即网格蛋白小窝处，而FH患者的细胞膜表面没有与之结合的LDL。前人研究显示，网格蛋白小窝参与受体介导的蛋白质胞吞作用[6]。那么，LDL如何形成信号来抑制酶活性呢？细胞表面受体结合碘标记低密度脂蛋白的内化作用研究给出了答案：大部分的受体结合LDL分子在10 min内便可进入细胞，并于60 min后LDL分子中的蛋白质成分便分解为氨基酸，而LDL中的胆固醇酯则水解形成未酯化的胆固醇分子，滞留于细胞中[7]。

布朗等发现LDL受体介导的内化作用后，接着又详细研究了LDL受体(low-density lipoprotein receptor,LDLR)的作用途径。研究发现，LDLR是一种细胞表面糖蛋白，它由不成熟蛋白通过高尔基体加工后转运到细胞表面，能与存在于细胞外液的LDL微粒内载脂蛋白B(apolipoprotein B， apoB)特异性结合，形成受体复合物。在LDL受体衔接蛋白1(LDL receptor adaptor protein1，LDLRAP1)和网格蛋白小窝共同参与下，受体复合物被内吞而进入细胞，形成早期内涵体，再逐渐转变为晚期内涵体[8]。在酸性环境下，进入细胞内的LDL微粒在溶酶体内降解，受体则再循环回到细胞表面。溶酶体水解LDL所生成的胆固醇能使一种促使基因表达胆固醇合成酶和LDLR的转录因子 (SREBP)失活。这些调控机制保证了胆固醇的动态平衡[9]。而在LDLR结合、内化、降解和再循环过程中任一环节出现障碍，均可导致LDL的积聚，引发高胆固醇血症。

研究还发现，除患者细胞表面的LDLR突变会导致家族性高胆固醇血症外，apoB或者前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)基因发生突变也能够引起类似的疾病[10]。PCSK9基因的主要功能是调节LDLR。其突变类型可分为两类，即致LDL升高的功能获得性突变和致LDL降低的功能失去性突变，分别导致高胆固醇血症及低胆固醇血症[9]。

2 家族性高胆固醇血症的诊断和治疗

Marina等完成的一项研究结果显示,应用DNA分析可早期识别FH患者。应用DNA分析对定向家族进行筛查能非常有效地识别FH患者,这项研究成果对在人群中进行其他常见遗传性疾病的筛查亦有广泛的指导意义。跟腱低回声及跟腱厚度的增加可作为FH腱黄瘤的定性指标,因此超声检查具有诊断价值并可作为随访FH患者的有效手段[11]。

目前FH的治疗仍以对症为主,包括饮食调节和药物治疗，均可降低患者血浆胆固醇水平,阻滞或部分消除冠脉病变的发展,也可使腱黄瘤缩小。目前临床上对家族性高胆固醇血症患者采取以他汀类药物为主的综合性治疗,预防早发性冠心病的发生。他汀类药物为主的综合性治疗是目前治疗家族性高胆固醇血症切实有效的首选方案[12]。LDLR基因结构的阐明,使本病的病因研究推进到了基因水平,也使其治疗进入了基因水平的阶段。从根本上说,基因治疗是本病的最有效手段。

3 结语

胆固醇合成和调节复杂机制的长期研究，使得胆固醇及其生理和病理奥秘得到了比较深入的阐述。家族性高胆固醇血症这一罕见的遗传性疾病的研究，推动了人类真正理解人体高脂血症等“大众”疾病的发病机制、研究基因与疾病的关系以及潜在的药物治疗方法。罕见的人类PCSK9基因的发现使PCSK9成为了目前降脂药物的研究热点。2015年有两个PCSK9单克隆抗体药物相继上市，新型药物又一次带给人类改善自身健康的全新希望。可以预期，随着科学研究的深入，更高效的降脂药物将会不断诞生，造福于人类。